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Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Leuchtelement, welches eine organische Leuchtdiode umfasst, und mit einem Kühlelement.
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Leuchten oder Displays mit organischen Leuchtdioden stellen für Kraftfahrzeuge eine interessante Technologie dar. Ihre Verwendung für Innen- und/oder Außenleuchten eines Kraftfahrzeugs bietet aufgrund ihrer Eigenschaften, beispielsweise ihrer mechanischen Flexibilität, neue Gestaltungsmöglichkeiten. Ein großer Nachteil der organischen Leuchtdioden ist dabei ihre Empfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen und die teilweise dadurch bedingte geringe Lebensdauer.
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In diesem Zusammenhang offenbart die
DE 10 2014 217 475 A1 eine Fahrzeugleuchte mit einem ebenen Licht-Emissions-Element, welches einen organischen Elektrolumineszenz-Licht-Emissions-Abschnitt als Teil eines Substrats aufweist. Dabei kann eine Licht-Emissions-Schicht auf einem Licht übertragenden Aluminiumoxidsubstrat angeordnet sein, welches in einem abgedichteten Raum von einem gelartigen Dichtungsmaterial umgeben ist. Damit wird eine Erhöhung der Temperatur der Licht-Emissions-Schicht unterdrückt und ein hochleuchtendes organisches Elektrolumineszenz Panel realisiert.
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Aus der
EP 2 868 963 A1 ist ein organisches elektrolumineszierendes Leuchtpanel eines Flugzeugs bekannt, welches einen plattenförmigen Wärmeverteiler aufweist.
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Die
DE 10 2014 217 522 A1 offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle, welche durch ein Flüssigkeitskühlsystem mit einem Flüssigkeitskreislauf gekühlt werden kann.
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Die
US 2014/0217272 A1 offenbart einen Mechanismus zum Kühlen eines aktiven optischen Elements mit einer dampfdichten Kammer, an deren Wänden über eine Kondensation eine Kühlung erfolgt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lebensdauer einer Leuchtvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, welche eine organische Leuchtdiode aufweist, zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und der Figur.
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Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Leuchtelement, welches eine organische Leuchtdiode (OLED) umfasst und mit einem Kühlelement, welches an dem Leuchtelement angeordnet ist. Die organische Leuchtdiode kann eine Leuchtdiode mit einer Hauptlichtabstrahlfläche sein. Entsprechend kann das Kühlelement an oder auf einer der Hauptlichtabstrahlfläche abgewandten Rückseitenfläche des Leuchtelements an dem Leuchtelement angeordnet sein. Die Rückseitenfläche kann auch eine Rückseitenfläche der organischen Leuchtdiode sein. Das Kühlelement weist dabei zumindest ein Wärmerohr, eine sogenannte „heat pipe“, mit einem fluiden Kühlmedium auf. Das fluide Kühlmedium ist ausgelegt, im Betrieb der Leuchtvorrichtung teilweise zu verdampfen. Dabei verbleibt das Kühlmedium im Wärmerohr, bzw. in der heat pipe. Insbesondere kann das Kühlmedium an einem Ende des Wärmerohres verdampfen und dort in gasförmigem Zustand verbleiben, beispielsweise bis es zu einem anderen Ende des Wärmerohres diffundiert oder von dem Kühlmittel in flüssigförmigen Zustand aus dem einen Ende des Wärmerohrs verdrängt wird. Damit kann in dem Wärmerohr ein Kühlkreislauf realisiert sein. Das Wärmerohr kann somit ein Teil eines Kühlkreislaufs sei oder diesen bilden, wie dies weiter unten beschrieben ist.
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Das hat den Vorteil, dass eine Wärme von dem Leuchtelement und somit von der organischen Leuchtdiode auf effektive und effiziente Weise abgeführt werden kann. Damit wird eine Erhitzung oder Überhitzung der organischen Leuchtdiode vermieden und deren Lebensdauer erhöht. Da somit die Lebensdauer erhöht wird, kann in einem Kraftfahrzeug auch ein Leuchtelement mit einer größeren organischen Leuchtdiode als bisher verbaut werden, da auf die genannte Weise auch bei größeren organischen Leuchtdioden die im Kraftfahrzeugbau erforderlichen Mindestlebensdauern erreicht werden können. Dies ist sonst nicht ohne Probleme möglich. Des Weiteren kann so im Kraftfahrzeug auch eine Kostenreduktion erzielt werden, da für ein Erreichen der besagten Mindestlebensdauer oder Mindestleuchtdauer mit einer vorgegebenen Leuchtkraft geringere qualitative Anforderungen an die organische Leuchtdiode gestellt sind. Da heutzutage bereits sehr kleine heat pipes beispielsweise aus Laptops oder Smartphones zum Kühlen von Prozessoren und Graphikchips oder Arbeitsspeichern bekannt sind, wird die erhöhte Lebensdauer vorliegend auch bei einem sehr geringen Bauraumbedarf realisiert, was gerade im Kraftfahrzeugbereich ein großer Vorteil ist.
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Bei der Leuchtvorrichtung kann es sich um einen Teil einer Innenleuchte oder einen Teil einer Außenleuchte des Kraftfahrzeugs handeln. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Leuchtvorrichtung als Scheinwerfer für das Kraftfahrzeug ausgeführt. Hier kann durch die beschriebene Kühlung bei hoher Lebensdauer eine besonders große Leuchtkraft oder Lichtintensität erreicht werden. Da gerade bei lichtstarken organischen Leuchtdioden bisher die Lebensdauer eine große Einschränkung für den Verwendungszweck mit sich bringt, werden so durch die beschriebene Kühlung auch für einen Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs viele neue geometrische und funktionelle Gestaltungsmöglichkeiten erschlossen.
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Das Wärmerohr ist Teil eines geschlossenen Kühlkreislaufs, welcher darauf ausgelegt ist, dass das Kühlmedium im Betrieb der Leuchtvorrichtung in dem Kühlkreislauf zirkuliert. Das Kühlmedium kann dabei insbesondere teilweise flüssig und teilweise dampfförmig in dem Kühlkreislauf zirkulieren, das heißt der Kühlkreislauf auf das Zirkulieren eines teilweise flüssigen und teilweise dampfförmigen Kühlmediums ausgelegt sein. Das hat den Vorteil, dass eine besonders effektive Kühlung realisiert wird, bei welcher durch die Zirkulation des Kühlmediums die Wärme besonders schnell verteilt wird.
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Dabei ist das Wärmerohr ausgelegt, im Betrieb in einem ersten Teilabschnitt das Kühlmedium in einer Flüssigphase, also im flüssigem Zustand, zu leiten und in einem von dem ersten verschiedenen zweiten Teilabschnitt das Kühlmedium in einer Dampfphase, also in einem verdampften Zustand, zu leiten. Auf diese Weise lässt sich das Aufnehmen und Abgeben von Wärme durch das Kühlmedium in dem Wärmerohr beziehungsweise in dem Kühlkreislauf auf besonders effiziente Weise steuern, so dass als Resultat einer verbesserten Kühlung die Lebensdauer der organischen Leuchtdiode weiter erhöht wird.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kühlelement einen an dem Leuchtelement angeordneten Evaporator, insbesondere an dem Kühlelement befestigten Evaporator, aufweist sowie einen beabstandet zu dem Leuchtelement angeordneten Kondensor, insbesondere nicht an dem Kühlelement befestigten Kondensor. Der Evaporator dient dabei der Wärmezufuhr zum Kühlelement oder Kühlmedium, der Kondensor der Wärmeabfuhr vom Kühlelement oder Kühlmedium. Der Evaporator kann dabei an der Rückseitenfläche des Leuchtelements angeordnet oder befestigt sein. Der Kondensor kann dabei in einem Abstand, welcher größer als Null ist, von der Rückseitenfläche des Leuchtelements angeordnet sein. Insbesondere ist der Evaporator luftfrei thermisch mit der Rückseitenfläche des Leuchtelements oder dem Leuchtelement gekoppelt. Zwischen dem Kondensor und dem Leuchtelement ist insbesondere eine Isolationsschicht aus Luft vorhanden. Es kann hier insbesondere vorgesehen sein, dass der erste Teilabschnitt im Kühlkreislauf das Kühlmedium von dem Evaporator zu dem Kondensor leitet, und der zweite Teilabschnitt im Kühlkreislauf das Kühlmedium von dem Kondensor zum Evaporator zurückführt. Das hat den Vorteil, dass eine hocheffektive effiziente Kühlung des Leuchtelements und damit der organischen Leuchtdiode realisiert wird, wodurch die Lebensdauer in besonders vorteilhafter Weise erhöht ist.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kühlelement zerstörungsfrei plastisch verformbar ist. Beispielsweise kann das Kühlelement zu diesem Zweck aus einem Metall gefertigt sein oder ein Metall umfassen. Insbesondere ist das Kühlelement reversibel zerstörungsfrei plastisch verformbar. Dies kann beispielsweise durch eine Verwendung von Kunststoff als Material für das Kühlelement erzielt werden. Dabei kann in bevorzugter Weise ein von Wasser verschiedenes Kühlmedium, also Nichtwasser, als Kühlmedium gewählt werden. Insbesondere kann hier ein Kühlmedium gewählt werden, welches einen niedrigeren Siedepunkt als Wasser hat, um die Betriebstemperatur des Kühlelementes herabzusetzen. Damit können beispielsweise auch thermoplastische Kunststoffe für das Kühlelement genutzt werden. Es können somit Leuchten oder Leuchtvorrichtungen für ein Kraftfahrzeug gestaltet werden, welche eine Vielzahl von Formen annehmen können. Dabei kann durch eine Anpassung des Kühlelements an eine gewünschte Form der Leuchte und damit der organischen Leuchtdiode nach wie vor eine effiziente und effektive Kühlung der organischen Leuchtdiode realisiert werden. Gerade bei der Verwendung eines Kunststoffes kann so realisiert werden, dass eine Formgebung der organischen Leuchtdiode zugleich auch eine Formgebung für das Kühlelement bedeutet, also organische Leuchtdiode und Kühlelement gemeinsam, beispielsweise in einem einzigen Formprozess, an eine gewünschte Form angepasst werden. Die verlängerte Lebensdauer der Leuchtvorrichtung wird somit besonders kostengünstig realisiert. Das Kühlelement kann auch bei Raumtemperatur, also beispielsweise 20 Grad oder einer erhöhten Raumtemperatur von 40 oder 60 Grad zerstörungsfrei plastisch verformbar sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die organische Leuchtdiode auf einer unebenen Trägeroberfläche eines Trägerelements der Leuchtvorrichtung angeordnet ist. Eine unebene Trägeroberfläche kann beispielsweise eine gewölbte Trägeroberfläche sein. Allgemein kann der Begriff „uneben“ hier im mathematischen Sinne einer zweidimensionalen Mannigfaltigkeit in einem dreidimensionalen Raum zu verstehen sein. Die Trägeroberfläche beziehungsweise das Trägerelement kann dabei beispielsweise transparent sein und auf einer Vorderseite, beispielsweise der Hauptlichtabstrahlfläche, der organischen Leuchtdiode angeordnet sein. Alternativ oder ergänzend kann auch das Kühlelement das Trägerelement sein. Insbesondere ist in diesem Falle das Kühlelement nicht zerstörungsfrei plastisch verformbar. Gerade in diesem Fall kommen die Vorzüge der organischen Leuchtdiode besonders zum Tragen und ist entsprechend die beschriebene Kühlung besonders vorteilhaft für eine Verwendung der organischen Leuchtdiode im Kraftfahrzeugbereich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kühlmedium einen Siedepunkt hat, welcher auf eine Wärmeentwicklung des Leuchtelements während des Betriebs der Leuchtvorrichtung oder auf eine maximal zulässige Temperatur der organischen Leuchtdiode abgestimmt ist. Insbesondere kann der Siedepunkt auch auf ein Material des Kühlelements abgestimmt sein. Dies wurde weiter oben bereits beschrieben. Das hat den Vorteil, dass die Betriebstemperatur der Leuchtvorrichtung beziehungsweise der organischen Leuchtdiode nicht über die geometrischen Ausmaße des Kühlelements alleine, sondern auch über die Wahl des Kühlmediums eingestellt werden können. Damit wird die erhöhte Lebensdauer auch erreicht, wenn beispielsweise für ein größeres Kühlelement nicht ausreichend Bauraum vorhanden ist. Auch kann so die Betriebstemperatur der Leuchtvorrichtung wesentlich flexibler eingestellt werden, was wiederum die Lebensdauer der eingesetzten organischen Leuchtdiode erhöht.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Leuchtvorrichtung ein Gehäuse aufweist, wobei die organische Leuchtdiode oder das Leuchtelement und der Evaporator innerhalb des Gehäuses angeordnet sind und der Kondensor außerhalb des Gehäuses, beispielsweise an einer Außenseite des Gehäuses, angeordnet ist. Bei dem Gehäuse kann es sich insbesondere um ein gekapseltes, also gegenüber einer Umgebung der Leuchtvorrichtung staubdichtes und/oder luftdichtes und/oder wasserdichtes Gehäuse handeln. Dies ist gerade im Kraftfahrzeug besonders vorteilhaft, da dort Leuchtvorrichtungen, insbesondere wenn sie in einer Außenleuchte des Kraftfahrzeugs eingesetzt werden, häufig in einem gekapselten Gehäuse eingebaut sind. Entsprechend sind solche Leuchtvorrichtungen dann sehr schwer zu kühlen beziehungsweise heizen sich durch einen Betrieb oder durch Umwelteinflüsse oft stark auf. In diesen Situationen kann somit durch die genannte Ausführungsform eine besonders große Erhöhung der Lebensdauer erreicht werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Leuchtvorrichtung als Heckleuchte für das Kraftfahrzeug ausgeführt ist. Da aufgrund der sich aus der Verwendung von organischen Leuchtdioden ergebenden vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten eine Verwendung der organischen Leuchtdioden in einer Heckleuchte besonders wünschenswert ist, ist gerade dort die Erhöhung der Lebensdauer, welche wie oben beschrieben für ein Kraftfahrzeug erforderlich ist, besonders wünschenswert.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer Leuchtvorrichtung nach einer der beschriebenen Ausführungsformen.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in der Figur nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind somit auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige:
- Fig. eine schematische Schnittdarstellung durch eine beispielhafte Ausführungsform einer Leuchtvorrichtung.
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Die in der einzigen Fig. gezeigte Leuchtvorrichtung 1 umfasst dabei ein Leuchtelement 2 mit einer organischen Leuchtdiode 3, welche ihrerseits eine Hauptlichtabstrahlfläche 4 hat. Die Hauptlichtabstrahlfläche 4 erstreckt sich vorliegend senkrecht zur Zeichenebene, so dass sie in der gezeigten Schnittdarstellung nur als Linie zu erkennen ist.
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Im gezeigten Beispiel dient ein Gehäuse 5 mit einem transparenten Gehäuseabschnitt 5' als Trägerelement für die organische Leuchtdiode 3. Das Trägerelement in Form des transparenten Gehäuseabschnittes 5' ist dabei vorliegend uneben, also gewölbt, ausgeführt und die organische Leuchtdiode 3 mit ihrer Hauptlichtabstrahlfläche 4 an dem transparenten Teilabschnitt 5' des Gehäuses 5 befestigt, beispielsweise geklebt.
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An dem Leuchtelement 3, vorliegend auf einer der Hauptlichtabstrahlfläche 4 abgewandten Rückseitenfläche 6 des Leuchtelements 3, ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Kühlelement 7 angeordnet. Dieses Kühlelement 7 umfasst vorliegend einen geschlossenen Kühlkreislauf mit einem fluiden Kühlmedium 8, sowie hier einem an dem Leuchtelement 3 angeordneten Evaporator 9 und einem beabstandet zum Leuchtelement 3 angeordneten Kondensor 10. Das Kühlelement 7 weist dabei ein Wärmerohr auf und das fluide Kühlmedium 8 kann in dem Kühlelement 7 zirkulieren.
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Im Betrieb der Leuchtvorrichtung 1 wird das Kühlmedium 8 dabei im Bereich des Kondensors 10 gekühlt und kondensiert. Über einen ersten Teilabschnitt 12 des Wärmerohrs 13 wird das Kühlmedium 8 in einer Flüssigphase zum Evaporator 10 geleitet. Im Evaporator 10 wird das Kühlmedium 8 verdampft und durch einen zweiten Teilabschnitt 13 des Wärmerohrs 11 wieder zu dem Kondensor 10 geleitet. In diesem geht das Kühlmedium 8 wieder in die Flüssigphase über. Damit wird ein geschlossener Kühlkreislauf realisiert, in welchem das Kühlmittel 8 zirkuliert. In einer alternativen Ausführungsform kann auch auf einen der Teilabschnitte 12, 13 verzichtet werden, und das Kühlmittel nur über den anderen Teilabschnitt 13, 12 zwischen Evaporator und Kondensor ausgetauscht werden.
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Vorliegend ist der Evaporator 9 wie die organische Leuchtdiode 3 innerhalb des Gehäuses 5 angeordnet und der Kondensor 10 außerhalb des Gehäuses 5. In dem Gehäuse 5 können sich auch noch zusätzliche Bauelemente, beispielsweise weitere Leuchtelemente oder Leuchtvorrichtungen befinden.
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Insgesamt wird somit eine Leuchtvorrichtung 1 bereitgestellt, mit welcher eine hohe gestalterische Freiheit im Bereich der geometrischen Gestaltung der Leuchtvorrichtung 1 wie auch im Bereich der funktionellen Gestaltung der Leuchtvorrichtung 1 erreicht werden kann. Beispielsweise kann so eine gewölbte Hauptlichtaustrittsfläche 4 realisiert werden und zugleich die im Kraftfahrzeugbau übliche Kapselung von Leuchtelementen innerhalb eines Gehäuses beibehalten werden. Dabei wird. durch eine effektive Kühlung mittels des Kühlelements 7 auch eine hohe Lebensdauer erreicht werden.
